無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點設計的研究

無線傳感器網(wǎng)絡概述無線傳感器網(wǎng)絡(WirelessSensorNetwork，WSN)起源于二十世紀九十年代，它是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網(wǎng)絡，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對象的信息，并最終把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡的所有者。無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)在環(huán)境監(jiān)測、軍事、國土安全、交通管制、森林防火、目標定位等方面具有廣泛的應用前景。無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)由許多個功能相同或不同的無線傳感器節(jié)點組成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自主采集、融合和傳輸。每一個傳感器節(jié)點包括：

數(shù)據(jù)采集模塊(傳感器、A／D轉(zhuǎn)換器)數(shù)據(jù)處理和控制模塊(微處理器、存儲器)通信模塊（無線收發(fā)器)供電模塊(電池、DC／DC能量轉(zhuǎn)換器)無線傳感器網(wǎng)絡結構無線傳感器網(wǎng)絡包括4類基本實體對象：目標、觀測節(jié)點、傳感節(jié)點和感知視場，另外，還需定義外部網(wǎng)絡、遠程任務管理單元和用戶來完成對整個系統(tǒng)的應用刻畫，如圖1所示上圖所示，大量傳感節(jié)點隨機部署，通過自組織方式構成網(wǎng)絡，協(xié)同形成對目標的感知視場。傳感節(jié)點檢測的目標信號經(jīng)本地簡單處理后通過鄰近傳感節(jié)點多跳傳輸?shù)接^測節(jié)點。用戶和遠程任務管理單元通過外部網(wǎng)絡，比如衛(wèi)星通信網(wǎng)絡或Internet，與觀測節(jié)點進行交互。觀測節(jié)點向網(wǎng)絡發(fā)布查詢請求和控制指令，接收傳感節(jié)點返回的目標信息。WSN節(jié)點結構

無線傳感器節(jié)點由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊這四部分組成：傳感器模塊（傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器）：負責監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理器模塊（CPU、存儲器、嵌入式操作系統(tǒng)等）：負責控制整個傳感器節(jié)點的操作，存儲和處理本身采集的數(shù)據(jù)無線通信模塊（網(wǎng)絡、MAC、收發(fā)器）：負責與其他傳感器節(jié)點進行無線通信能量供應模塊：為傳感器節(jié)點提供運行所需的能量，通常采用微型電池。除了這四個模塊外，傳感器節(jié)點還可以包括其他輔助單元，如移動系統(tǒng)、定位系統(tǒng)和自供電系統(tǒng)等。WSN物理體系結構傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡采用“平坦”結構，部署在監(jiān)測區(qū)域中用于數(shù)據(jù)采集的微型傳感器節(jié)點同構，每個節(jié)點的計算能力、通信距離和能量供應相當。節(jié)點采集的數(shù)據(jù)通過多跳通信的方式，借助網(wǎng)絡內(nèi)其他節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)，將數(shù)據(jù)傳回到匯聚節(jié)點，再通過匯聚節(jié)點與其他網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)遠程訪問和網(wǎng)絡查詢、管理。平坦結構的網(wǎng)絡雖然能夠工作，但隨著節(jié)點數(shù)量的增加，網(wǎng)絡覆蓋范圍的擴大，長的通信路徑將導致數(shù)據(jù)包丟失的概率增大，網(wǎng)絡性能下降，也會導致用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的中間節(jié)點更多的能量消耗，降低網(wǎng)絡生存周期。根據(jù)IPv6無線傳感器網(wǎng)絡的特點，實際應用中一般采用異構節(jié)點組成的、層次化的網(wǎng)絡，如下圖所示所示：異構、層次化結構的無線傳感器網(wǎng)絡：WSN應用系統(tǒng)架構無線傳感器網(wǎng)絡應用支撐層、無線傳感器網(wǎng)絡基礎設施和基于無線傳感器網(wǎng)絡應用業(yè)務層的一部分共性功能以及管理、信息安全等部分組成了無線傳感器網(wǎng)絡中間件和平臺軟件。其基本含義是，應用支撐層支持應用業(yè)務層為各個應用領域服務，提供所需的各種通用服務，在這一層中核心的是中間件軟件；管理和信息安全是貫穿各個層次的保障。無線傳感器網(wǎng)絡中間件和平臺軟件體系結構主要分為四個層次：網(wǎng)絡適配層、基礎軟件層、應用開發(fā)層和應用業(yè)務適配層，其中網(wǎng)絡適配層和基礎軟件層組成無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點嵌入式軟件(部署在無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點中)的體系結構，應用開發(fā)層和基礎軟件層組成無線傳感器網(wǎng)絡應用支撐結構(支持應用業(yè)務的開發(fā)與實現(xiàn))。WSN應用系統(tǒng)架構：WSN通信體系結構

WSN通信體系結構：物理層：無線傳感器網(wǎng)絡的傳輸介質(zhì)可以是無線、紅外或者光介質(zhì)數(shù)據(jù)鏈路層：負責數(shù)據(jù)流的多路復用、數(shù)據(jù)幀檢測、媒體接入和差錯控制。網(wǎng)絡層：在傳感器網(wǎng)絡發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點之間需要特殊的多跳無線路由協(xié)議?；诠?jié)能的路由有若干種，如最大有效功率(PA)路由算法、最小能耗路由算法、基于最小跳數(shù)路由、基于最大最小有效功率節(jié)點路由等。傳輸層：傳感器網(wǎng)絡是否需要傳輸層是一個問題。因特網(wǎng)的傳輸控制協(xié)議(TCP)是基于全局地址的端到端傳輸協(xié)議，其設計思想中基于屬性的命名對于傳感器網(wǎng)絡的擴展性并沒有太大的必要性，因此適合于傳感器網(wǎng)絡的傳輸層協(xié)議應該更類似于UDP協(xié)議。一種WSN節(jié)點（基于CC2430）WSN應用

無線傳感網(wǎng)絡有著許多不同的應用。在工業(yè)界和商業(yè)界中，它用于監(jiān)測數(shù)據(jù)，而如果使用有線傳感器，則成本較高且實現(xiàn)起來困難。無線傳感器可以長期放置在荒蕪的地區(qū)，用于監(jiān)測環(huán)境變量，而不需要將他們重新充電再放回去。WSN的還應用包括視頻監(jiān)視，交通監(jiān)視，航空交通控制，機器人學，汽車，家居健康監(jiān)測和工業(yè)自動化參考文獻[1]劉迎盈,基于能量優(yōu)先的地理位置WSN路由算法設計,2013,南京郵電大學.[2]王拓,基于WSN的城市污水監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合技術研究,2013,西安工業(yè)大學[3]萬馬良,智能樓宇WSN覆蓋問題的研究,2013,廣東工業(yè)大學.[4]石晶,基于MC12311微控制器WSN中間件的設計研究及應用,2013,蘇州大學.[5]張興偉,基于WSN的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究與設計,2013,鄭州大學.[6]田立超,WSN下分簇算法和秘密比較協(xié)議的研究,2013,安徽大學.[7]王潔,WSN密鑰預分配管理的優(yōu)化設計,2012,成都理工大學.[8]范磊磊,基于ZStack協(xié)議的WSN滑坡監(jiān)測系統(tǒng)研制,2012,成都理工大學.[9]霍俊,基于WSN和M2M技術的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn),2012,南京航空航天大學.[10]張婷婷,基于WSN混合定位算法的研究,2012,東華大學.[11]李濛,基于DV-HOP的改進型WSN定位算法及其應用研究,2012,吉林大學.[12]董啟剛,WSN在物流領域中的應用模式研究,2012,北京物資學院.[13]趙慶偉,基于WSN的煤礦井下定位算法研究,2012,河北工程大學.[514]戴文博,面向物聯(lián)網(wǎng)應用的WSN拓撲構造和路由策略的研究,2012,天津理工大學[15]董倩,基于層次型拓撲控制的WSN網(wǎng)絡管理技術研究,2012,沈陽理工大學.[16].湯文華,基于SVM的WSN移動節(jié)點定位算法研究,2012,長沙理工大學.[17]孫宏宇,LDEE-DGA：基于雙目標遺傳算法的低延遲能量有效WSN路由協(xié)議研究,2012,吉林大學.[18]楊代亮,WSN中節(jié)能路由算法的研究,2012,吉林大學[19]李翠霞,傳感網(wǎng)可編程控制模塊WSN-PCM的設計及應用,2012,蘇州大學.[20]徐定鋒,基于WSN的高速公路車路通信系統(tǒng)研究,2012,長安大學.第66頁.[21]佟陽春,基于浮動車和WSN的交通數(shù)據(jù)處理方法研究,2012,大連理工大學.[22]水海紅,物聯(lián)網(wǎng)下WSN運維管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn),2012,華中師范大學.[23]劉輝,基于RFID與WSN的倉庫管理系統(tǒng)的開發(fā)與設計,2012,武漢理工大學.[24]高新書,基于加速度傳感器的WSN定位系統(tǒng)研究,2012,武漢理工大學.[25]于曉華,異構WSN網(wǎng)絡融合模型研究及網(wǎng)關設計,2012,蘭州理工大學.[26]郝悅,基于靜態(tài)博弈的WSN安全路由算法的研究,2011,東北大學.[27]Klempous,R.,etal.,ImprovementofSpatialRoutinginWSNBasedonLQIorRSSIIndicator,inAdvancedMethodsandApplicationsinComputationalIntelligence,R.Klempous,etal.,R.Klempous,etal.^Editors.2014,SpringerInternationalPublishing.[28]Park,J.J.J.H.,etal.,Intrusion-TolerantJiniServiceArchitectureforEnsuringSurvivabilityofU-ServicesBasedonWSN,inMobile,Ubiquitous,andIntelligentComputing,J.J.J.H.Park,etal.,J.J.J.H.Park,etal.^Editors.2014,SpringerBerlinHeidelberg.[29]Zhong,Z.andQ.Dong,ANovelSecurePairwiseandGroupwiseSynchronizingSchemeinWSN,inProceedingsoftheInternationalConferenceonInformationEngineeringandApplications(IEA)2012,Z.Zhong,Z.Zhong^Editors.2013,SpringerLondon.[30]Padilla,P.,etal.,Erratumto:OntheInfluenceofthePropagationChannelinthePerformanceofEnergy-EfficientGeographicRoutingAlgorithmsforWirelessSensorNetworks(WSN).WirelessPersonalCommunications,2013.70(1)[31]vanBerlo,A.,etal.,DistributedNeuralComputationoverWSNinAmbientIntelligence,inAmbientIntelligence-SoftwareandApplications,A.vanBerlo,etal.,A.vanBerlo,etal.^Editors.2013,SpringerInternationalPublishing.p.147-154.

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